针对力和位移传感器的输入标定技术，并根据理想传感器灵敏度计算了硬件增益和通道增益，同时以软件方式进行了修正。通过工程实际验证，这种方法标定结果准确，便于操作，具有工程推广价值。　

　　输入标定过程

　　以力传感器输入通道的标定过程为例予以说明。力的标定过程分为两部分进行。

　　3.1输入通道增益和零偏的标定

　　如采用一个独立的精确电源作为输入，返回信号需要通过一个1 MΩ的电阻连接到模拟地。避免由信调器电路的输入电流的偏差而带来的输入电压的不稳定。同样，也需要测量激励电压在电缆末端的电压值，并把它考虑进来。所以，强烈建议用户采用标定盒来进行标定。

　　确定已连力传感器的灵敏度，例如，力传感器灵敏度为1.979 8 mV/V.

　　确定反馈信号量程范围是从-10 ~ +10 V.为了能够充分利用整个量程，最理想的办法是采用放大系数，这个放大因子可以把反馈信号放大到±10 V范围内。通过两个步骤来实现，一是采用硬件增益，另一是输入通道标定增益。

　　现以硬件增益为例，选择能够把反馈信号放大到小于或等于10 V的放大系数。可以看到采用放大系数500倍时最接近10 V，因此它就是我们需要的最理想的放大系数。必须确保最终电压不超过极限(-10 ~ +10 V)。若超过了极限，可能出现无法预测的后果。

　　在确定了硬件增益后，再把一个mV级高精度电源或一个标定盒或参考力传感器连接到计算机系统的传感器输入通道上。

　　由于放大器和ADC不是完全理想的，自身存在很小的误差，达到的增益不可能确切就是所选择的硬件增益。为了确保最终信号不会高于+10 V或低于-10 V，建议标定工作在满量程的50%范围内进行。

　　例如，与所选硬件增益500对应的理想灵敏度为：

　　10 V反馈电压/(10 V激励电压×500)= 2 mV/V

　　需要注意的是，激励电压以+5 V、-5 V形式给出，而要以一个mV级高精度电源来仿真模拟力传感器输出信号，一般可选择+10mV和-10mV作为输出来模拟50%的载荷。这样：
5 V激励电压(50%的10 V激励电压)×2 mV/V = 10 mV因此有：

　　10 mV×500 = 5 000 mV反馈电压(50%的10 V反馈电压)为力传感器输入通道施加代表50%量程的模拟信号输入(10 mV)，同时将力反馈拖入到软件的图形取样窗口中，可以看到显示的平均值接近50%.为了把这个值调整到准确的50%，就需要对输入通道进行标定。选择菜单中的“Calibrate”按钮，就可以打开如图4所示的窗口。

　　图4 输入通道标定增益和零偏

　　对话框中的“Current Values”方框中显示来自输入反馈的mV电源、标定盒或参考力传感器的当前电压百分数值。“Unscaled value”应该显示一个接近-50%的读数。点击“Copy”，把这“Unscaled value”复制到“Unscaled value”列的第一行。随后，在“Scaled value”列的第一行中输入我们的期望值(-50%)。

　　转换mV级电源或力传感器的极性。“Unscaled value”

　　应该显示一个接近+50%的读数。把这个值复制到“Unscaledvalue”列的第二行，并在“Scaled value”列的第二行输入+50%的值。

　　现在，按下“Calculate(计算)”按钮，软件开始计算该传感器输入通道标定增益和零偏以达到期望的Scaled值。按下“Apply(应用)”按钮，这些值将被保存到计算机软件系统中。

　　3.2力传感器的增益和零偏标定

　　这个问题实际上就是力传感器标定的设定，即参数表格中的增益和零偏。

　　上述输入通道标定增益和零偏，都是以理想力传感器灵敏度进行的，而最终实际的力传感器灵敏度并不等同于理想力传感器灵敏度，因此为了得到真实的力反馈信息，就需要对上述输入通道的标定增益和零偏进行修正。方法如下：

　　(1)对实际力传感器的灵敏度进行补偿。修正系数利用公式计算：

　　修正系数=理想灵敏度(mV/V)/实际灵敏度(mV/V)示例：LC灵敏度修正系数= 2 / 1.979 8 = 1.010 2.

　　(2)系统的最终增益。利用公式计算：

　　系统的最终增益=输入通道标定增益×LC灵敏度修正系数示例：系统最终增益= 1.004 37×1.010 2 = 1.014 61.

　　(3)将真实力传感器连接到传感器输入通道后，用手拉或压一下力传感器来检查增益的符号。如果不正确的话，给系统增益改变一下正负号。

　　(4)由于力传感器自身的静态零偏或施加在力传感器上的质量，可以看到一个小的零点偏移。在软件图形窗口中看到的偏移值，从系统零偏(System offset)中加上或减去(如果需要的话)这个值。

　　(5)保存力传感器的LC灵敏度修正系数、系统最终增益和系统零偏(Save the configuration)到软件系统中。

　　至此，就完成了实际力传感器的输入标定。

　　4　结语

　　本传感器(力、位移)输入标定实现方法，首先按实际要接入的传感器相对应的理想传感器对输入通道(硬件)进行标定，得到理想传感器输入通道标定增益和零偏;最后对实际要接入的传感器(软件)进行补偿，得到系统最终增益及系统零偏。

　　这一方法可方便、精确地实现计算机系统传感器输入标定。譬如，一个力传感器需要经常在计量部门标定，只需根据新标定的实际灵敏度，重新计算出LC灵敏度修正系数、系统最终增益及得到系统零偏，即可完成对该对力传感器的输入标定。这一方法已经在计算机测控系统得到应用，效果良好，值得推广和借鉴。

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